JPH038076Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、コイルの励磁によつてロータマグネ
ツトを任意の一定角度回転させるロータリアクチ
ユエータに関する。

（従来の技術） 従来、ロータリアクチユエータとして、例え
ば、特許出願公開昭和58−212361号公報に開示さ
れたものがあり、第１２図は、そのロータリアク
チユエータの断面を示し、第１３図はそれを模式
的に示したものである。第１２図に示すように、
従来のロータリアクチユエータはステータ３１を
巻芯としてボビン３２に収納されたコイル３３を
配し、ボビン３２が取付けられたステータ部分と
相対する位置に貫通穴３４を形成し、ハウジング
３５に装着された軸受３６によつて支持されたロ
ータマグネツト３７を貫通穴３４に配したもので
ある。

また、第１３図に示すように、貫通穴３４部に
おけるロータリアクチユエータ３７とのクリアラ
ンス３８，３９は、クリアランス４０，４１より
小さく形成されている。

このロータマグネツト３７を回転させるために
は、コイル３３に励磁電流を通電してロータマグ
ネツト３７との間にトルクを発生させ、矢印の方
向、例えば時計方向に回転させ、逆に、反時計方
向に回転させる場合は、コイル３３に反対方向の
励磁電流を通電する。また、ロータマグネツト３
７のＮ，Ｓ極と、ステータ３１のクリアランス３
８，３９の最狭部と一致した点が無励磁状態にお
けるロータマグネツト３７の安定位置になる。

（考案が解決しようとする問題点） 前記従来のロータリアクチユエータは、第１２
図に示すように、ロータマグネツト３７を取付け
る貫通穴３４が形成されたステータ部がボビン３
２の外側に形成されるため外形寸法を小さくする
ことが困難であり、また、ステータ３１は一体式
になつて、磁気飽和をさせるための狭部が形成さ
れているが、磁気回路が同一磁性体で連続的に形
成されているため、ロータマグネツトに働く磁力
に損失を生じるという問題があつた。また、前記
狭部寸法を決定することは高度な技術的経験が必
要であつた。

さらに、ステータ３１が一体式になつているた
めボビン３２をステータ３１に取付ける場合に
は、ステータ３１を、一度分割してボビン３２を
装着し、そのあと、ステータ３１を精度よく固定
する必要があるため、生産性が低いという問題が
あつた。

さらに、ロータマグネツト３７の回転方向を変
化させる場合には、通電方向の異なる励磁電流を
コイル３３に通電する必要があつた。

そこで本考案は、以上の問題を解決するため
に、異なつた間隔で極歯を備えた同一形状のカツ
プ形磁性部材を噛合対向させ、極歯間に不等間隔
の空隙を形成したカツプ状ステータを構成し、カ
ツプ状ステータの内部に、励磁電源電流の方向が
一定でも極歯の発生磁極を反転させることが可能
なステータコイルを取付け、前記カツプ状ステー
タの内周部にロータマグネツトを配した構造簡単
で効率のよいロータリアクチユエータを提供する
ことをその解決すべき技術的課題とするものであ
る。

（問題点を解決するための手段） 上記問題点解決のための技術的手段は、ロータ
リアクチユエータを、異なつた間隔で複数の極歯
を内径面の円周上に形成した同一形状のカツプ形
磁性部材を噛合対向させたカツプ状ステータと、
該カツプ状ステータの外径面と内径面との間の空
間に同一方向に二重に巻装され、一方の巻き終り
端部と他方の巻き始め端部とを接続し、この接続
端部をコモン端子とするとともに、一方の巻き始
め端部と他方の巻き終り端部とのそれぞれを励磁
制御端子とし、上記励磁制御端子とコモン端子間
に励磁電流が通電されたとき、前記複数の極歯に
磁束を発生させるコイルと、前記カツプ状ステー
タの内径部に回転可能に装着され、ラジアル方向
にＮ極、Ｓ極が交互に着磁されたロータマグネツ
トと、前記ロータマグネツトの回転角度を、前記
コイルの非励磁状態におけるロータマグネツトの
デイテントトルクによる安定位置から±90度の範
囲で前記ロータマグネツトを回転制御する制御手
段とを備えた構成にすることである。

（作用） 本考案は、例えば、中間タツプを有するステー
タコイルに外部から励磁電流を通電してロータマ
グネツトを回転させる際に、中間タツプから流入
させた励磁電流の通電方向を任意に選定すること
によつて、ロータマグネツトは無励磁時における
安定位置を極歯間隔が僅小な点として時計方向、
もしくは反時計方向に任意角度回転する。

（実施例） 次に、本考案の一実施例の構成を第１図〜第４
図に従つて説明する。

第１図はロータリアクチユエータ１の断面を示
したもので、ハウジング２と、カバー３で形成さ
れたスペースに、ボビン４に巻かれた中間タツプ
付コイル５を配置したカツプ状の１対のステータ
６を装着し、ステータ６の内周面に、シヤフト７
と一体になつたロータマグネツト８を、軸受９，
１０で支持させたものである。さらに、前記中間
タツプ付コイル５のリード線１１，１２，１３に
励磁電流切換用のスイツチSW１、およびSW２
を接続した状態を示したものである。

尚、前記ステータ６を励磁するためのコイル５
は、カツプ状の一対のステータ６の外径部と内径
部との間の空間に嵌合される１個のボビン４に巻
かれ、その巻き方法は、第２図に示すように、２
本のコイル５を同時に、且つ同一方向に巻き、一
方のコイルの巻き始め端と他方のコイルの巻き終
り端とを接続し、これをコモン線として中間タツ
プ用リード線１２に接続するとともに、上記一方
のコイルの巻き終り端と、他方のコイルの巻き始
め端とのそれぞれを、後述のデユーテイ制御可能
なそれぞれのスイツチSW１，SW２を介して励
磁電流（バツテリ）に接続している。そのため、
第２図に示した模式的な磁気回路は、第１図の構
成によるロータリアクチユエータの磁気回路と等
価になる。以下、第２図について詳細に説明す
る。

第２図は前記第１図に示したロータリアクチユ
エータ１の構成を模式的に示したもので、前記カ
ツプ状１対のステータ６の一方のステータに形成
された極歯を１６Ａ，１６Ｂとして、他方のステ
ータに形成された極歯を１７Ａ，１７Ｂで示した
ものである。ステータ６に形成された空隙ａは空
隙ｂより狭く形成されロータマグネツト８の磁力
線の通過効率を良くしコイル５に励磁電流が通電
されない状態のロータマグネツト８の安定位置を
確保している。第２図のロータマグネツト８の位
置は丁度、前記安定位置に静止している状態を示
している。

第３図は前記カツプ状の１対のステータ６のう
ちの片方のステータ部材１５を示した平面図で、
１６Ａおよび１６Ｂは前記極歯を示し、１８Ａお
よび１８Ｂはステータ部材１５を１対のステータ
６にカツプリングするときのカツプリング位置決
め用の凸部を示す。また、１９Ａ、および１９Ｂ
はステータ部材１５を１対のステータ６にカツプ
リングするときのカツプリング位置決め用凹部を
示す。また、第４図は上記ステータ部材１５の斜
視図である。

第３図、第４図で明らかなように、本実施例に
おけるステータ６の極歯１６Ａ，１６Ｂ，１７
Ａ，１７Ｂは不等間隔に配設され、前記第２図に
示す異なつた距離の空隙ａおよび空隙ｂを形成さ
せる。

次に、本実施例のロータリアクチユエータ１の
作用を第５図〜第１１図に従つて説明する。

ロータマグネツト８が無励磁状態で第２図に示
すような安定位置に静止している状態で、スイツ
チSW１をON、スイツチSW２をOFFにして外部
からコイル５に励磁電流を通電した場合、第５図
に示すように、極歯１６Ａ，１６ＢにＮ極、極歯
１７Ａ，１７ＢにＳ極が発生する。上記極歯磁極
の発生に伴い、ロータマグネツト８との間にトル
クが発生してロータマグネツト８は、反発、吸引
され、矢印のように時計方向に回転して第６図に
示される磁気バランスした位置に停止する。ロー
タマグネツト８を回転させる際に、励磁電流の値
を制御するか、メカニカルストツパを設けること
によつて、時計方向の最大回転角度を90度未満の
角度θmaxに制限すると、コイル５を無励磁にし
た場合に、ロータマグネツト８はデイテントトル
クによつて自力で前記安定位置に戻る。

次に、スイツチSW１をOFF、スイツチSW２
をONにして外部からコイル５に励磁電流を通電
した場合、第７図に示すように、極歯１６Ａ，１
６ＢにＳ極、極歯１７Ａ，１７ＢにＮ極が発生す
る。上記極歯磁極の発生に伴い、ロータマグネツ
ト８は、反発、吸引され、矢印のように反時計方
向に回転して第８図に示される位置に停止する。

前記同様、励磁電流値を制御するか、メカニカ
ルストツパを設けることによつて、反時計方向の
最大回転角度を90度未満の角度−θmaxに制限す
ると、コイル５を無励磁にした場合に、ロータマ
グネツト８は自力で前記安定位置に戻る。

上記のように、コイル５に流す励磁電流の通電
方向をスイツチSW１，SW２によつて替えるこ
とにより、容易にロータマグネツト８の回転方向
を切換えることができる。

ロータマグネツト８の上記動作においては、前
記安定位置を基点として±θmaxの３ステージ動
作を説明したが、ロータマグネツト８をアナログ
的に回転制御させる場合には、スイツチSW１、
もしくはスイツチSW２をデユーテイ比制御し
て、ロータマグネツト８が追従振動しない短周期
のパルス電流をコイル５に通電することによつ
て、角度（−θ〜基点〜＋θ）の範囲（ここでθ
＜90度）で任意に制御することができる。上記パ
ルス電流の周期の決定に際しては、ロータマグネ
ツト８の慣性モーメントを考慮してロータマグネ
ツト８が振動しないような駆動パルス周期を選定
してスイツチSW１とスイツチSW２をデユーテ
イ比制御する必要がある。

前記作用説明においては、極歯数が４、ロータ
マグネツト８の着磁極数が２のロータリアクチユ
エータ１について述べたが、一般的には、任意の
制御回転角±θにロータマグネツトを回転制御す
る場合には、式360゜／｜θ｜＋｜−θ｜＝ａになる近 似偶数ａを求め、ａの値からロータマグネツトの
対着磁数ｎ＝ａ／２を求め、さらにカツプリング
されるカツプ状ステータの片方の極歯数2nを求
めて、ロータマグネツト、およびステータを構成
する。

第９図はロータマグネツト２３の制御回転角度
を±45゜にした場合のロータマグネツト２３、お
よびステータの極歯構成を示したもので、ロータ
マグネツト２３の対着磁数は２、ステータの一方
に形成された極歯数は４であることを示してい
る。ステータの一方には極歯２１Ａ，２１Ｂ，２
１Ｃ，２１Ｄが形成され、ステータの他方には極
歯２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄが形成され
る。外部からの励磁電流が通電され第９図のよう
に磁極が発生するとロータマグネツト２３は矢印
のように時計方向に回転する。

次に、模式構造上、ほぼ、同一種のパーマネン
ト型パルスモータを前記同様の制御方法でロータ
リアクチユエータとして使用した場合と、本考案
のロータリアクチユエータとの比較をして本考案
の有利性を説明する。例えば、パルスモータとロ
ータリアクチユエータが共に相数が２で極数が４
である場合、パルスモータにはコイルおよびボビ
ンが２組必要となるが、本考案の場合は１組で済
む。また、パルスモータは一般にカツプ状ステー
タの他に２枚のステータプレートを必要とするた
め、本考案のロータリアクチユエータはパルスモ
ータに比較して部品点数が少なくて済む。

また、第１０図、第１１図に示すように、パル
スモータの場合には、ロータマグネツト４１の回
転角が１パルス当り極歯４２Ａと極歯４３Ａの間
90度の範囲で回転する。これに対し、本考案のロ
ータリアクチユエータは前記のように通電相が１
組で、スイツチ切換えにより通電方向を変化させ
ることによつて発生磁極の極性を反転させること
ができるため、ロータマグネツトは無励磁状態で
の安定位置を基点にして時計方向、反時計方向に
90度、従つて作動角として、最大180度回転する。

応用例として、本考案のロータリアクチユエー
タにバタフライ弁、揺動円筒弁等を取付けること
によつて流量制御弁として使用される。

（考案の効果） 以上のように本考案によれば、ロータリアクチ
ユエータを、異なつた間隔で複数の極歯を内径面
の円周上に形成した同一形状のカツプ形磁性部材
を噛合対向させたカツプ状ステータと、該カツプ
状ステータの外径面と内径面との間の空間に同一
方向に二重に巻装され、一方の巻き終り端部と他
方の巻き始め端部とを接続し、この接続端部をコ
モン端子とするとともに、一方の巻き始め端部と
他方の巻き終り端部とのそれぞれを励磁制御端子
とするコイルと、前記カツプ状ステータの内径部
に回転可能に装着され、ラジアル方向にＮ極、Ｓ
極が交互に着磁されたロータマグネツトと、前記
ロータマグネツトの回転角度を、前記コイルの非
励磁状態におけるロータマグネツトのデイテント
トルクによる安定位置から±90度の範囲で前記ロ
ータマグネツトを回転制御する制御手段とを備え
た構成にしたため、ロータリアクチユエータの構
造が簡単になり、組み付け作業が簡単になるた
め、生産性を向上させることができるという効果
がある。

また、コイルに通電する励磁電流を制御するこ
とによつて、ロータマグネツトの回転角度を±90
度の範囲で任意に制御することができるため、各
種の流量制御弁としての応用範囲を広くすること
ができるという効果がある。

更に、コイルに通電する励磁電流が遮断された
場合は、機械的な原点戻り機構が無くてもロータ
マグネツトがデイテントトルクにより自動的に原
点まで戻るため、電気的な故障が起きた場合、流
量制御弁を自動的に安全な方向に戻すことができ
るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例のロータリアクチユ
エータの構成を示す断面図、第２図はその模式構
成を示す説明図、第３図、第４図はステータ部材
の平面図、及び斜視図、第５図〜第８図は作用説
明図、第９図は他の実施例の作用説明図、第１０
図、第１１図はパーマネント型パルスモータのロ
ータマグネツトと極歯との作用を示す説明図、第
１２図は従来のロータリアクチユエータの構成を
示す断面図、第１３図はその模式構成を示した説
明図である。 １……ロータリアクチユエータ、２……ハウジ
ング、３……カバー、４……ボビン、５……コイ
ル、６……ステータ、７……シヤフト、８……ロ
ータマグネツト、１６Ａ，１６Ｂ，１７Ａ，１７
Ｂ……極歯。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 異なつた間隔で複数の極歯を内径面の円周上に
   形成した同一形状の２個のカツプ形磁性部材を対
   向させることにより、前記それぞれのカツプ形磁
   性部材の極歯が無接触状態で対向状に噛み合うよ
   うに位置するとともに、その対向する極歯間隔が
   同一カツプ形磁性部材の極歯間隔に比較してかな
   り僅少になるように形成されたステータと、 前記ステータの外径部と内径部との間の空間に
   嵌合された１個のボビンに、同一方向に、且つ二
   重に巻装され、二重巻装のうちの一方の巻き始め
   端と他方の巻き終り端とを接続し、これをコモン
   線として中間タツプ用リード線に接続されるとと
   もに、上記一方の巻き終わり端と、他方の巻き始
   め端とのそれぞれを励磁電流通電用のリード線に
   接続されるコイルと、 前記ステータの内径部に、シヤフトを介して回
   転可能に装着され、外周面にはラジアル方向にＮ
   極、Ｓ極が交互に着磁されたロータマグネツト
   と、 前記コイルが無励磁状態になつたとき、前記ロ
   ータマグネツトがデイテントトルクにより自動的
   に回動されて停止する原点位置から、最大±90度
   の回転範囲で前記ロータマグネツトを回転制御す
   るためのデユーテイ制御可能な励磁電流制御手段
   とを備えたことを特徴とするロータリアクチユエ
   ータ。